CN107204954A - 一种定点化软信息的优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定点化软信息的优化方法，包括以下步骤：获取噪声方差估计值；判断噪声方差估计值是否大于门限值；若是，则对所接收消息中所有软信息进行数据统计，得到统计值；判断统计值是否大于系统性能临界值；若不大于系统性能临界值，则输出软信息到译码器译码；若大于系统性能临界值，则优化所有解映射后的各软信息。

Description

一种定点化软信息的优化方法及系统

技术领域

本发明涉及一种接收机中解映射后的信息优化方法，特别是涉及一种定点化软信息的优化方法。

背景技术

在应用现有技术的通信系统的实际运行过程中，接收机的信号接受过程存在运算过程，由于客观技术水平的限制，该运算过程得到的接收数据的精度是有限的，为了模拟真实的硬件环境，需要通过对接收机接收的二进制数据进行浮点运算的定点化来完成。浮点运算的定点化对浮点性能做了一定折衷，这种折衷设计的定点化方法与定点化系统在信号接收机等硬件设备实现浮点数据接收功能的过程中，可以采用更小的面积、更低的功耗，减小了通信系统实现数据接收功能所产生的实现成本。

在通信接收机的实际工作运行过程中，接收机内部的通信系统和方法对接收数据的解映射过程通常依据星座图和星座点映射方式进行，结合通信系统中的信道状态信息得到接收符号的一个或多个比特的软信息，通信系统将软信息输出给译码器译码后得到原始数据流。传统的软信息处理方法在对软信息进行数据中浮点的定点化后，信息优化功能模块输出的软信息会保留浮点之后一定位数的小数位，并将该数据存储为一个二进制整数，同时通信系统中的译码器功能模块的输入输出端口也会限定其自身的有效位宽范围。

高阶正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)情况下信号经过移动衰落信道后，在数据通信信噪比较大时再通过星座图和星座点映射进行解映射运算，浮点数据信号的软信息动态范围会相应增大。当通信接收机中的通信系统给定了译码器的输入有效位宽范围，为满足上述条件，软信息中所保留的浮点数据的小数位位数有限，将会导致接收机接收的浮点数据的有效信息减少，如果通信系统与方法中定点化方法中的截尾过程产生的截尾误差导致接收数据的编码块中产生较多为零的软信息，就会导致译码器功能模块译码出错。若增加每个编码块中软信息保留的浮点数据的小数位，则会产生较多超出译码器位宽的数值，进行饱和处理后仍会影响到译码器的译码效果。

现有技术指出从星座图上看，由于QAM调制数据的实部和虚部到坐标轴的距离不同，导致同一个数据解映射后软信息会有损失，提出利用信道估计值和基带的频域接收信号得到所述信道的似然距离，对调制编码块内的似然距离进行统一定标，然后根据统一定标的似然距离得到优化后的软信息。该方法中的运算过程比较繁琐，要对通信系统中的定点化功能模块 进行较为复杂的改动，在软信息优化过程中，对于定标后发生溢出的数据采取截取高位的方式会发生误差并且会影响到数据间的相对大小关系，对译码器译码的技术效果产生不良影响。

综上，传统的通讯接收系统中的定点化方法中，无法与通讯接收机中的译码器设定的有效位宽范围动态配合，为满足译码器已设定的位宽值，软信息所保留的浮点数据小数位位数有限，降低了接收数据的有效性。定点化截尾误差导致产生多软件信息为零，易导致译码器译码过程出现错误。现有技术中对定点化软信息优化的方法求得似然距离，对调至编码块内的似然距离进行统一定标在进行软信息优化，这种方法的运算过程繁琐，并且对系统定点化进行改动，方法实现较为复杂。传统的定点化软信息优化方法存在动态化调整程度低、数据有效信息偏少、译码器译码容易出错、运算复杂和实现方式繁琐的问题。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种定点化软信息的优化方法及系统，用于根据译码器位宽自适应地调整软信息，提高译码性能，解决现有技术中动态化调整程度低、数据有效信息偏少、译码器译码容易出错、运算复杂和实现方式繁琐的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种定点化软信息的优化方法，包括以下步骤：获取噪声方差估计值；判断噪声方差估计值是否大于门限值；若是，则对所接收消息中所有软信息进行数据统计，得到统计值；判断统计值是否大于系统性能临界值；若不大于系统性能临界值，则输出软信息到译码器译码；若大于系统性能临界值，则优化所有解映射后的各软信息。

于本发明的一实施方式中，对接收消息中所有解映射后的软信息进行数据统计，得到统计值，包括：对软信息中每一帧的第一个编码块进行数据统计，若每帧只有一个编码块，则每隔固定个数的编码块统计一次。

于本发明的一实施方式中，判断统计值是否大于系统性能临界值，包括：统计一个编码块中软信息的数据位，记录其超过译码器位宽的个数以及其中等于零的个数，分别与设定的门限比较，若满足软信息优化预设条件则对软信息进行优化；软信息优化预设条件为：超过译码器位宽的个数大于超过位宽临界值或等于零的个数大于为零个数临界值。

于本发明的一实施方式中，优化所有解映射后的各软信息，包括：按下式计算每个编码块中的软信息

其中α为整数常数。

于本发明的一实施方式中，优化所有接收消息中的各软信息，包括：根据计算结果按下列公式对编码块内所有软信息进行非线性映射，

x_i＝2^W-1-1，St.x_i≥A (1)

x_i＝-2^W-1，St.x_i≤A (2)

x_i(2^W-1-1)x/A，St.-A＜x_i＜A (3)

于本发明的一实施方式中，一种定点化软信息的优化系统，：用于优化通信接收机的译码性能，定点化软信息的优化系统至少包括：噪声方差获取模块，用于获取噪声方差估计值；门限值比较模块，用于判断噪声方差估计值是否大于门限值。软信息统计功能模块，用于对所接收消息中所有软信息的软信息进行数据统计，得到统计值；优化条件判断模块，用于判断统计值是否大于系统性能临界值，并输出判断结果；软信息输出模块，用于在判断结果为统计值不大于系统性能临界值时，输出软信息到译码器译码；优化功能模块，用于在判断结果为统计值大于系统性能临界值时，优化接收消息中满足软信息优化预设条件的各软信息。

于本发明的一实施方式中，软信息统计功能模块包括：编码块统计模块：用于对所接收消息中每一帧的第一个编码块进行数据统计；若每帧只有一个编码块，则每隔固定个数的编码块统计一次。

于本发明的一实施方式中，优化条件判断模块的判断统计值是否大于系统性能临界值，包括：用于统计一个编码块中软信息的数据位，记录其超过译码器位宽的个数以及其中等于零的个数，分别与设定的门限比较，若满足软信息优化预设条件则对软信息进行优化。

于本发明的一实施方式中，优化功能模块包括：优化所有接收消息中的各软信息，包括：按下式计算每个编码块中的软信息：

其中α为整数常数。

于本发明的一实施方式中，优化功能模块包括：优化所有接收消息中的各软信息，包括：根据计算结果按下列公式对编码块内所有软信息进行非线性映射，

x_i＝2^W-1-1，St.x_i≥A (1)

x_i＝-2^W-1，St.x_i≤A (2)

x_i(2^W-1-1)x/A，St.-A＜x_i＜A (3)

如上所述，本发明提供的一种定点化软信息的优化方法及系统，具有以下有益效果：

本发明所提供的一种定点化软信息的优化方法和系统改善了译码性能。本发明通过对解映射后的软信息进行优化，根据译码器位宽自适应地改变软信息的动态范围，改善译码性能。本发明提供的软信息的优化方法计算量较少，所提出的方法通过对噪声方差的估计以及编码块的统计结果，有针对性得对软信息进行优化，减少计算量，方法实现方便。本发明提供的定点化软信息的优化方法不需要对系统定点化做改动，只需要在解映射后插入优化模块对软信息进行操作即可完成。在通信接收机中的软信息优化方面本发明提供的一种定点化软信息的优化方法及系统根据噪声方差估计值和编码块中软信息的统计结果作为判断条件，解映射后的软信息进行优化后再输入到固定总位宽的译码器中，该固定总位宽包括符号位。本发明提供的方法在通信接收机的实际运行使用过程中，接收机内部的通信系统和方法对接收数据的解映射过程依据解码器模块的译码器位宽动态调整，通过自适应的方法进行定点化软信息的优化，结合通信系统中的信道状态信息得到接收符号的一个或多个比特的软信息。本发明提供的定点化软信息的优化方法通过预设函数关系对每一编码块中软信息数据位信息平均值进行计算，再乘以整数常数，利用上述软信息优化过程产生的运算结果作为非线性映射的对应区间端点和函数参数，对已优化的软信息进行映射，过程简单便于操作。本发明中软信息中所保留的浮点数据的小数位位数与译码器位宽进行比较，得出阈值用于判断是否进行软信息优化，避免接收机接收的浮点数据的有效信息减少，同时避免通信系统与方法中定点化方法截尾过程产生的截尾误差导致接收数据的编码块中产生较多为零的软信息，提高了译码器功能，减少模块译码器出错概率，同时避免产生较多超出译码器位宽的数值，改善了译码器的译码效果。本发明提供的软信息优化方法的运算过程简单，不需要对通信系统中的定点化功能模块进行较为复杂的改动，在定点化软信息的优化过程中，降低了传统方法中存在的数据溢出的概率，解决了传统的定点化软信息优化方法存在的动态化调整程度低、数据有效信息偏少、译码器译码容易出错、运算复杂和实现方式繁琐的问题。

附图说明

图1显示为本发明的定点化软信息优化方法整体流程示意图。

图2显示为本发明的定点化软信息数据为统计流程示意图。

图3显示为本发明的定点化软信息的优化方法系统模块示意图。

图4显示为本发明的软信息统计功能模块示意图.

图5显示为本发明的优化条件判断模块示意图。

元件标号说明

1 定点化软信息优化系统

11 噪声方差获取模块

12 门限值比较模块

13 软信息统计功能模块

14 优化条件判断模块

15 软信息输出模块

16 优化功能模块

2 译码器

131 编码块统计模块

141 数据位计算模块

142 数据位门限值比较模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种定点化软信息的优化方法与系统，用于优化译码器性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种定点化软信息的优化方法，包括以下步骤：请参阅图1，显示为本发明的定点化软信息优化方法整体流程示意图，如图所示，获取噪声方差估计值，其中，所述噪声方差的门限值受系统实际情况的影响，可设置为高阶调制正常工作对应噪声方差。利用先验信息估计噪声方差σ²，噪声方差估计值在0.005上下波动，设置噪声方差门限Th＝0.006，可以得到此时σ²＜Th。判断噪声方差估计值是否大于门限值；若是，则对所接收消息中所有软信息进行数据统计，得到统计值；判断统计值是否大 于系统性能临界值；若不大于系统性能临界值，则输出软信息到译码器译码；若大于系统性能临界值，则优化所有解映射后的各软信息。下一代无线广播网(NGB-W，NextGeneration Biology-Workbench)双发双收(MIMO，Multiple Input Multiple Output)链路中，数据调制方式为64QAM调制，每帧10个编码块，每个编码块长度为9600，经过移动衰落信道后到达接收机，解映射后软信息x总位宽为12位，其中保留了4位小数位，低密度奇偶校验码(LDPC，Low Density Parity Code)译码器的输入位宽W为10位。

请参阅图2，显示为本发明的定点化软信息数据为统计流程示意图，如图2所示，对接收消息中所有解映射后的软信息进行数据统计，得到统计值，包括：对软信息中每一帧的第一个编码块进行数据统计，若每帧只有一个编码块，则每隔固定个数的编码块统计一次。在本实施例中，对解映射后软信息中每一帧的第一个编码块进行数据统计，获得|x_i|＞2⁹的个数n＞Th1，其中门限Th1＝800，门限Th1受系统实际情况影响，可设置为对系统性能产生影响时的临界值；

判断统计值是否大于系统性能临界值，包括：统计一个编码块中软信息的数据位，记录其超过译码器位宽的个数以及其中等于零的个数，分别与设定的门限比较，若满足软信息优化预设条件则对软信息进行优化；软信息优化预设条件为：超过译码器位宽的个数大于超过位宽临界值或等于零的个数大于为零个数临界值。若每帧只有一个编码块，则记每隔C个编码块统计一次，C为整数常数；记统计的编码块中|x_i|＞2^W-1的个数为n和|x_i|＝0的个数为m，将数据位信息与预设阈值比较，若n＞Th1或m＞Th2，则对该帧或C个连续编码块内的软信息优化；否则执行步骤5进行译码。阈值优选为对系统性能产生影响时的临界值。

优化所有解映射后的各软信息，包括：按下式计算每个编码块中的软信息

其中x_i∈x，i≤N；i是正整数，i为编码块中软信息x的数据位序号；N为一个编码块的长度，α为整数常数，通常由系统设定。记软信息为x，通过上述公式运算得单个编码块中软信息的α倍的平均值A。在本实施例中，对软信息进行优化，得到已优化的软信息。按下式计算每个编码中的软信息：

其中单个编码块的长度N＝9600，系统设定整数常数值α为8。

优化所有接收消息中的各软信息，包括：根据计算结果按下列公式对编码块内所有软信 息进行非线性映射，

x_i＝2^W-1-1，St.x_i≥A (1)

x_i＝-2^W-1，St.x_i≤A (2)

x_i＝(2^W-1-1)x/A，St.-A＜x_i＜A (3)

其中W为译码器的输入位宽；A为单个编码块中软信息的α倍的平均值，作为非线性映射的参数和软信息x数据位的取值区间。

在本实施例中，根据计算结果按下列公式对编码块中的软信息进行非线性映射：

x_i＝2⁹-1，St.x_i≥A (1)

x_i＝-2⁹，St.x_i≤A (2)

x_i＝(2⁹-1)x/A，St.-A＜x_i＜A (3)

其中译码器的输入位宽W设置为10；A为单个编码块中软信息的8倍的平均值，运用上述映射关系，将软信息x映射到数据位区间内的相应值。

请参阅图3，显示为本发明的定点化软信息的优化方法系统模块示意图，如图3所示，一种定点化软信息的优化系统1：用于优化通信接收机的译码性能，定点化软信息的优化系统至少包括：噪声方差获取模块11，用于获取噪声方差估计值；门限值比较模块12，用于判断噪声方差估计值是否大于门限值，在噪声方差估计值不大于门限值时，将软信息通过软信息输出模块15输出至译码器2译码。软信息统计功能模块13，用于对所接收消息中所有软信息的软信息进行数据统计，得到统计值；优化条件判断模块14，用于判断统计值是否大于系统性能临界值，并输出判断结果；软信息输出模块15，用于在判断结果为统计值不大于系统性能临界值时，输出软信息到译码器2译码；优化功能模块16，用于在判断结果为统计值大于系统性能临界值时，优化接收消息中满足软信息优化预设条件的各软信息。噪声方差获取模块11同时与软信息统计功能模块和门限值比较模块12通信连接；门限值比较模块12与软信息统计功能模块13通信连接；优化条件判断模块14与软信息输出模块15通信连接；优化功能模块15与译码器2通信连接；优化功能模块16与优化条件判断模块14通信连接；软信息输出模块与译码器2通信连接。

请参阅图4，显示为本发明的软信息统计功能模块示意图，如图4所示，软信息统计功能模块13包括：编码块统计模块131：用于对所接收消息中每一帧的第一个编码块进行数据统计；若每帧只有一个编码块，则每隔固定个数的编码块统计一次。

请参阅图5，显示为本发明的优化条件判断模块示意图，如图5所示，优化条件判断模 块14的判断统计值是否大于系统性能临界值，包括：数据位计算模块141：用于统计一个编码块中软信息的数据位，记录其超过译码器位宽的个数以及其中等于零的个数：；数据位门限值比较模块142分别与设定的门限比较，若满足软信息优化预设条件则对软信息进行优化。

优化功能模块包括16：优化所有接收消息中的各软信息，包括：按照预设函数关系计算每个编码块中的软信息。优化功能模块计算获得一个编码块中软信息的平均值，软后再将结果乘以系统谁滴你的整数常数。在本实施例中，优化功能模块对软信息进行优化，按下式计算每个编码中的软信息：

其中单个编码块的长度N＝9600，x_i∈x，i≤N，i是正整数，i为编码块中软信息x的数据位序号；系统设定整数常数值α为8，优化功能模块16根据上述函数关系计算数值A，其中A为一个编码块中软信息的8倍的平均值。

优化功能模块16包括：优化所有接收消息中的各软信息，包括：根据计算结果按照预设函数关系对编码块内所有软信息进行非线性映射。优化功能模块将编码块中软信息平均值乘以证书常数的运算结果作为软信息费线性映射的定义区间和参数，根据译码器位宽将软信息映射到区间内的相应值。在本实施例中，优化功能模块根据计算结果按下列公式对编码块中的软信息进行非线性映射：

x_i＝2⁹-1，St.x_i≥A (1)

x_i＝-2⁹，St.x_i≤A (2)

x_i＝(2⁹-1)x/A，St.-A＜x_i＜A (3)

其中译码器的输入位宽W设置为10；A为单个编码块中软信息的8倍的平均值，作为该映射关系中软信息数据位区间值和映射参数，优化功能模块16根据上述函数关系，将软信息x映射到数据位区间内的相应值。

综上所述，本发明用于优化通信接收机的译码性能，先估计噪声方差，获取噪声方差值，判断是否对已接收信息中的软信息进行统计；再对软信息进行数据统计，根据统计结果判断是否对软信息进行优化；再计算每一编码块中的优化软信息，再根据计算结果和译码器位宽对软信息进行非线性映射，将软信息输出到译码器。本发明提供的软信息优化方法利用估计算法估计噪声方差，获得噪声方差估计值，判断是否要统计编码块中的软信息。统计编码块超过译码器位宽的数据位信息。本发明通过对解映射后的软信息进行优化，根据译码器位宽自适应地改变软信息的动态范围，改善译码性能。本发明提供的软信息的优化方法计算量较 少，所提出的方法通过对噪声方差的估计以及编码块的统计结果，有针对性得对软信息进行优化，减少计算量，方法实现方便。本发明提供的定点化软信息的优化方法不需要对系统定点化做改动，只需要在解映射后插入优化模块对软信息进行操作即可完成。在通信接收机中的软信息优化方面本发明提供的一种定点化软信息的优化方法及系统根据噪声方差估计值和编码块中软信息的统计结果作为判断条件，解映射后的软信息进行优化后再输入到固定总位宽的译码器中，该固定总位宽包括符号位。本发明提供的方法在通信接收机的实际运行使用过程中，接收机内部的通信系统和方法对接收数据的解映射过程依据解码器模块的译码器位宽动态调整，通过自适应的方法进行定点化软信息的优化，结合通信系统中的信道状态信息得到接收符号的一个或多个比特的软信息。本发明提供的定点化软信息的优化方法通过预设函数关系对每一编码块中软信息数据位信息平均值进行计算，再乘以整数常数，利用上述软信息优化过程产生的运算结果作为非线性映射的对应区间端点和函数参数，对已优化的软信息进行映射，过程简单便于操作。本发明中软信息中所保留的浮点数据的小数位位数与译码器位宽进行比较，得出阈值用于判断是否进行软信息优化，避免接收机接收的浮点数据的有效信息减少，同时避免通信系统与方法中定点化方法截尾过程产生的截尾误差导致接收数据的编码块中产生较多为零的软信息，提高了译码器功能，减少模块译码器出错概率，同时避免产生较多超出译码器位宽的数值，改善了译码器的译码效果。本发明提供的软信息优化方法的运算过程简单，不需要对通信系统中的定点化功能模块进行较为复杂的改动，在定点化软信息的优化过程中，降低了传统方法中存在的数据溢出的概率，解决了传统的定点化软信息优化方法存在的动态化调整程度低、数据有效信息偏少、译码器译码容易出错、运算复杂和实现方式繁琐的问题。

Claims (10)

1.一种定点化软信息的优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取噪声方差估计值；

判断所述噪声方差估计值是否大于门限值；

若是，则对所接收消息中所有软信息进行数据统计，得到统计值；

判断所述统计值是否大于系统性能临界值；

若不大于所述系统性能临界值，则输出所述软信息到译码器译码；

若大于所述系统性能临界值，则优化所有解映射后的各所述软信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所有解映射后的所述软信息进行数据统计，得到统计值，包括：对所述软信息中每一帧的第一个编码块进行数据统计，若每帧只有一个所述编码块，则每隔固定个数的所述编码块统计一次。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述统计值是否大于系统性能临界值，包括：统计一个所述编码块中所述软信息的数据位，记录其超过译码器位宽的个数以及其中等于零的个数，分别与设定的门限比较，若满足软信息优化预设条件则对所述软信息进行优化；所述软信息优化预设条件为：所述超过译码器位宽的个数大于超过位宽临界值或所述等于零的个数大于为零个数临界值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化所有解映射后的各所述软信息，包括：按下式计算每个所述编码块中的所述软信息

其中α为整数常数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化所有接收消息中的各所述软信息，包括：根据计算结果按下列公式对所述编码块内所有所述软信息进行所述非线性映射，

x_i＝2^W-1-1，St. x_i≥A (1)

x_i＝-2^W-1，St. x_i≤A (2)

x_i＝(2^W-1-1)x/A，St. -A＜x_i＜A (3) 。

6.一种定点化软信息的优化系统，其特征在于：用于优化通信接收机的译码性能，所述定点化软信息的优化系统至少包括：

噪声方差获取模块，用于获取噪声方差估计值；

门限值比较模块，用于判断所述噪声方差估计值是否大于门限值。

软信息统计功能模块，用于对所接收消息中所有软信息的所述软信息进行数据统计，得到统计值；

优化条件判断模块，用于判断所述统计值是否大于系统性能临界值，并输出判断结果；

软信息输出模块，用于在所述判断结果为统计值不大于所述系统性能临界值时，输出所述软信息到译码器译码；

优化功能模块，用于在所述判断结果为统计值大于所述系统性能临界值时，优化所述接收消息中满足所述软信息优化预设条件的各所述软信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述软信息统计功能模块包括：

编码块统计模块：用于对所接收消息中每一帧的第一个编码块进行数据统计；若每帧只有一个所述编码块，则每隔固定个数的所述编码块统计一次。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述优化条件判断模块的判断所述统计值是否大于系统性能临界值，包括：用于统计一个所述编码块中所述软信息的数据位，记录其超过译码器位宽的个数以及其中等于零的个数，分别与设定的门限比较，若满足软信息优化预设条件则对所述软信息进行优化。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述优化功能模块包括：所述优化所有接收消息中的各所述软信息，包括：按下式计算每个所述编码块中的所述软信息

其中α为整数常数。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述优化功能模块包括：所述优化所有接收消息中的各所述软信息，包括：根据计算结果按下列公式对所述编码块内所有所述软信息进行所述非线性映射，

x_i＝2^W-1-1，St. x_i≥A (1)

x_i＝-2^W-1，St. x_i≤A (2)

x_i＝(2^W-1-1)x/A，St. -A＜x_i＜A (3)。